JP3863768B2

JP3863768B2 - 電磁弁

Info

Publication number: JP3863768B2
Application number: JP2001369692A
Authority: JP
Inventors: 喜弘深野; 正美吉田; 則也佐々木
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 2001-12-04
Filing date: 2001-12-04
Publication date: 2006-12-27
Anticipated expiration: 2021-12-04
Also published as: JP2003172469A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ソレノイドの励磁作用下にボビンの内部を変位する可動鉄心の摺動抵抗の低減を図ることが可能な電磁弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、アクチュエータへ圧力流体を供給する、あるいは圧縮空気を大気中に排気することにより圧縮空気の流れ方向を制御する電磁弁が用いられており、前記電磁弁では、ソレノイド（電磁石）を励磁することによりボビンの孔部の内周面に沿って可動鉄心を固定鉄心側に吸引して変位させ、該可動鉄心と一体的に弁体を作動させる方法が一般的に採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来技術に係る電磁弁においては、可動鉄心がソレノイドの励磁作用下にボビンの孔部の内周面を軸線方向に沿って変位する際、可動鉄心の摺動面とボビンの内周面とが面接触して摺動抵抗が発生し、コントローラ等からの電気信号に対して電磁弁の応答速度が遅れるという問題がある。
【０００４】
また、可動鉄心の摺動面とボビンの内周面とが面接触しながら摺動するため可動鉄心およびボビンの摺動部分が磨耗し、耐久性が低下するとともにメンテナンスサイクルが短いという問題がある。
【０００５】
本発明は、前記の問題を考慮してなされたものであり、可動鉄心がボビンの内部を変位する際の摺動抵抗を低減することにより、電磁弁の応答性および耐久性の向上を可能とした電磁弁を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、ソレノイドの励磁作用下に可動鉄心を吸引し、該可動鉄心の変位作用下に弁体を変位させる電磁弁において、
複数のポートと、該複数のポートと連通し前記弁体が着座する一組の弁座部とを有するバルブボディと、
前記一組の弁座部に着座する弾性部を有し、前記可動鉄心に対して所定間隔離間した連結部と、該連結部の端部から前記可動鉄心側に向かって延在する一組のアーム部と、前記アーム部の端部に形成され、前記可動鉄心の側面に形成された係合溝に嵌着される係合爪とを有する弁体と、
前記バルブボディの端部に配設され、コイルが巻回されると共に断面非真円形状の孔部を有する中空状のボビンと、
前記ボビンの孔部に対応して断面非真円形状に形成され、前記孔部に沿って変位自在に設けられる可動鉄心と、
前記可動鉄心の軸線方向に沿って形成され、且つ、前記ボビンの孔部の内周面に前記可動鉄心側に向かって突出し、前記可動鉄心の外壁面に当接して前記可動鉄心の軸線方向に沿って案内する突出部と、
を備え、
前記可動鉄心が、前記突出部の平面上に沿って摺動しながら前記孔部内を変位することにより、前記アーム部を介して前記可動鉄心に連結された弁体が一体的に変位すると共に、前記弁体が前記弁座部に着座・離間することにより、前記複数のポート間の流体の連通状態と非連通状態とを相互に切り換えることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、弁体と可動鉄心とを該弁体のアーム部を介して連結することにより、前記可動鉄心の吸引作用下にバルブボディに形成された一組の弁座部の連通状態と非連通状態との切り換えを行う。この際、ボビンにおける孔部の内周面に、可動鉄心の軸線方向に沿って延在し且つ前記可動鉄心側に向かって突出し、前記可動鉄心の外壁面に面接触して前記可動鉄心の軸線方向に沿って案内する突出部を設け、前記可動鉄心がソレノイドの励磁作用下に軸線方向に沿って変位する際に、前記可動鉄心を突出部の平面上に沿って案内して孔部内を摺動変位させる。従って、本発明では、弁体を可動鉄心と一体的に変位させて弁座部の開閉を行う際に、従来技術に係る電磁弁と比較して可動鉄心とボビンとの接触面積が小さいため、前記ボビンの孔部に沿って可動鉄心を円滑に変位させることができる。この結果、可動鉄心の摺動抵抗が低減されて該可動鉄心の偏摩耗が阻止されると共に、電磁弁の応答性および耐久性が向上し、さらに、前記可動鉄心および弁体を確実且つ円滑に変位させることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明に係る電磁弁について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００１０】
図１において、参照符号１０は、本発明の実施の形態に係る電磁弁を示す。
【００１１】
この電磁弁１０は、所定間隔離間し、並列に配置された複数の第１〜第３ポート１２、１４、１６が側面に形成されるバルブボディ１８と、該バルブボディ１８の上部に一体的に連結される金属製の薄板材からなるボンネット２０と、前記ボンネット２０の内部に配設されるソレノイド部２２と、前記ソレノイド部２２の励磁作用下に第１〜第３ポート１２、１４、１６の連通状態を相互に切り換える弁機構部２４とを有する。
【００１２】
バルブボディ１８の側面には、図示しない圧力流体供給源から圧力流体が供給される第１ポート１２と、該第１ポート１２の上方に所定間隔離間して形成され、流体が排出される第２ポート１４と、さらに該第２ポート１４の上方に所定間隔離間して形成され、後述する室２６の内部の流体を大気中に開放する第３ポート１６とが下から順に形成されている。
【００１３】
バルブボディ１８の略中央部には、前記第１〜第３ポート１２、１４、１６とそれぞれ連通する室２６が形成され、該室２６の略中央下部には、室２６側へ所定長突出した弁座部２８が形成されている。該弁座部２８の略中央には、バルブボディ１８の内部を介して前記第１ポート１２と連通する通路３０が形成されている。
【００１４】
また、前記室２６の上部側に形成される段部には、樹脂製材料からなるガイド部材３２が一体的に装着されている。前記ガイド部材３２の外周面の溝部には、第１シール部材３４が装着されるとともに、略中央部には、弁座部２８の方向に向かって所定長突出した凸部３６が形成されている。前記凸部３６の略中央部には、先端部から軸線方向に沿って延在する第１連通路３８が形成され、また、前記第１連通路３８と連通し、且つ略直交する第２連通路４０（図５および図７参照）が、ガイド部材３２の内部に形成されている。
【００１５】
前記第２連通路４０は、ガイド部材３２の外周部に形成される凹部４２に連通している。前記凹部４２は、ガイド部材３２に装着される第１シール部材３４および後述する第２シール部材６４によって気密が保持されている。
【００１６】
さらに、図５および図７に示されるように、ガイド部材３２の外側には、弁座部２８の方向に向かって所定長突出したフランジ部４４が形成されている。
【００１７】
さらに、第１〜第３ポート１２、１４、１６の一端面には、図１および図６に示されるように、内部に形成される環状溝を介して弾性材料からなるガスケット４６が一体的に装着され、図示しない他の流体機器等に接続した際における各ポート１２、１４、１６の気密を保持している。
【００１８】
前記ボンネット２０の上面には、図示しない電源からソレノイド部２２に電流を供給するための一組のリード線５０ａ、５０ｂ（図５および図７参照）が接続されている。
【００１９】
ソレノイド部２２は、前記ボンネット２０の内部に配設され、且つコイル５２が巻回された中空状のボビン５４と、前記ボンネット２０に一端部が連結された固定鉄心５６と、該ボビン５４が貫通する孔部５５内に軸線方向に沿って変位自在に挿通され、後述するばね部材７４の作用下に固定鉄心５６から離間する方向に付勢された可動鉄心５８とからなる。なお、前記固定鉄心５６および可動鉄心５８は、軸線と直交する断面形状が略長方形状に形成されるとともに、ボビン５４の孔部５５の内周面も対応する断面略長方形状に形成される（図２参照）。なお、ボビン５４の内周面、前記固定鉄心５６および可動鉄心５８の断面形状は、略長方形状に限定されるものではなく、長円形状または矩形形状等に形成してもよい。
【００２０】
前記ボビン５４の孔部５５の内周面には、図２に示されるように、可動鉄心５８側にそれぞれ対向して所定長突出する複数の突出部６０ａ〜６０ｆが形成される。
【００２１】
また、該突出部６０ａ〜６０ｆは、周方向に沿って相互に所定間隔離間して形成されるとともに、ボビン５４の孔部５５の内周側面に突出部６０ａと６０ｅ、６０ｂと６０ｄ、６０ｃと６０ｆとがそれぞれ対向して一対となって形成される。すなわち、突出部６０ａ〜６０ｆを周方向に沿って相互に所定間隔離間して形成することにより、前記突出部６０ａ〜６０ｆによって可動鉄心５８の摺動面を略均等に支持することができる。換言するとボビン５４の摺動面を略均等に支持するために、前記ボビン５４の孔部５５の内周面の周方向の寸法に比例して突出部６０ａ〜６０ｆの数を増減させるとよい。
【００２２】
さらに、突出部６０ａ〜６０ｆは、図３に示されるように、弁体７０の係合爪部７６の近傍から可動鉄心５８の摺動範囲内に軸線方向に沿って所定長延在するとともに、複数の突出部６０ａ〜６０ｆは可動鉄心５８の摺動面に当接するように形成されている。すなわち、可動鉄心５８がコイル５２の励磁作用下に軸線方向に変位する際、対向する突出部６０ａ〜６０ｆの平面上を摺動する。
【００２３】
なお、前記突出部６０ａ〜６０ｆを軸線方向に沿って可動鉄心５８側から固定鉄心５６側まで延在するように形成することなく、可動鉄心５８の摺動範囲内にのみ延在するようにしてもよい。
【００２４】
また、前記突出部６０ａ〜６０ｆは、可動鉄心５８の軸線方向に沿った形状に限定されるものではなく、図４に示されるように、可動鉄心５８が摺動する範囲内においてその軸線と略直交する周方向に沿って所定間隔離間して複数形成してもよい。すなわち、突出部６０ｇ〜６０ｉを所定間隔離間させることにより可動鉄心５８の摺動面を略均等に支持することができる。
【００２５】
さらに、図２に示される前記突出部６０ａの幅方向の寸法（Ａ）を小さくすると、可動鉄心５８との接触面積が従来技術に係る電磁弁と比較してより一層小さくなるため、摺動抵抗を低減することができる。
【００２６】
図１および図６に示されるように、バルブボディ１８とボビン５４との間には、例えば、永久磁石等の磁性体からなるリング体６２が挟持されるように設けられ、前記リング体６２とガイド部材３２との接合面には、ガイド部材３２の溝部を介して第２シール部材６４が装着されている。該リング体６２は、内部に前記可動鉄心５８が挿通する孔部６６を有する。なお、可動鉄心５８の外周面とリング体６２の孔部６６との間には、所定間隔だけ離間するクリアランスが設けられているため、リング体６２と可動鉄心５８とが接触することがなく、該可動鉄心５８の摺動抵抗となることがない。
【００２７】
ボビン５４とボンネット２０との間には、該ボビン５４の上部に形成される溝部を介して第３シール部材６８が装着され、ボビン５４とボンネット２０との気密を保持している。
【００２８】
弁機構部２４は、可動鉄心５８と一体的に連結され、該可動鉄心５８と連動する弁体７０と、該弁体７０の略中央部に一体的に装着される弾性部材７２と、ガイド部材３２の凸部３６の段部と弁体７０との間に介装されるばね部材７４とからなる。前記弁体７０は断面略コ字状に形成され（図１および図６参照）、該弁体７０の二又状に分岐した一端部には、所定長内側へ膨出する一組の係合爪部７６が形成され、前記係合爪部７６は、可動鉄心５８の側面に形成される係合溝７８に係合されている。その結果、弁体７０は、可動鉄心５８の変位作用下に一体的に変位する。
【００２９】
また、弁体７０の他端部の略中央部に配設される弾性部材７２は、弁体７０の略中央部に形成される装着孔８０の内部に溶融した樹脂製材料を導入して固化させる一体成形によって形成されている。すなわち、弾性部材７２は、装着孔８０の内部に導入された溶融した樹脂製材料の固化作用下に弁体７０と一体的に装着される。その結果、図１に示されるように、可動鉄心５８の変位作用下に弁座部２８に着座した際において弁座部２８に押圧されるため、通路３０と室２６との気密が確実に保持される。
【００３０】
さらに、ばね部材７４は、弁体７０を弁座部２８に押圧する方向に付勢している。
【００３１】
本発明の実施の形態に係る電磁弁１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。
【００３２】
図１は、コイル５２に対してリード線５０ａ、５０ｂ（図５参照）より電流を供給していない非励磁状態にあり、弁体７０の弾性部材７２の下面が弁座部２８に着座して第１ポート１２と第２ポート１４との連通が遮断されたオフ状態を示している。
【００３３】
また、この際、第２ポート１４は、図５に示されるように、弾性部材７２の上面とガイド部材３２の凸部３６およびフランジ部４４との間に画成される間隙を介して室２６と第１連通路３８とが連通した状態にあるため、第２ポート１４が第２連通路４０および凹部４２を介して第３ポート１６と連通している状態にある。そのため、外部に連通された第３ポート１６と連通している室２６は、大気開放状態となる。
【００３４】
このようなオフ状態において、図示しない電源を付勢してコイル５２に通電することにより該コイル５２が励磁され、その励磁作用下によって可動鉄心５８がボビン５４の突出部６０に沿って摺動してボンネット２０の固定鉄心５６側に吸引される。その結果、図５および図７に示されるように、電磁弁１０がオフ状態からオン状態に切り換わる。なお、この際、可動鉄心５８が突出部６０ａ〜６０ｆの平面上を摺動して変位するため可動鉄心５８とボビン５４との接触面積が小さく、ボビンに突出部を形成していない従来技術に係る電磁弁と比較して摺動抵抗が低減されるため、可動鉄心５８がより一層円滑に軸線方向に沿って変位する。
【００３５】
そして、ばね部材７４のばね力に抗して、可動鉄心５８が固定鉄心５６側に向かって微小距離だけ変位することにより、可動鉄心５８と連結された弁体７０が一体的に上昇する。その際、可動鉄心５８の上端部が固定鉄心５６の端面に当接することにより変位終端位置となる（図６および図７参照）。
【００３６】
従って、可動鉄心５８の変位作用下に弁体７０の弾性部材７２の下面が弁座部２８から離間することにより、図６に示されるように、第１ポート１２と第２ポート１４とが通路３０および室２６を介して連通したオン状態となる。その結果、第１ポート１２から図示しない圧力流体供給源によって供給された圧力流体は、弾性部材７２と弁座部２８との間の間隙を通過し、室２６および第２ポート１４を介して図示しない流体機器に供給される。
【００３７】
また、この際、弾性部材７２の上面が弁体７０の変位作用下に凸部３６の先端およびフランジ部４４の先端に当接するため、第１連通路３８が閉塞され、該第１連通路３８と室２６との連通が遮断される。すなわち第２ポート１４と第３ポート１６との連通が遮断されている状態となる。
【００３８】
以上により本実施の形態では、可動鉄心５８が挿入されるボビン５４の孔部５５の内周面に該可動鉄心５８側に向かって所定長突出した複数の突出部６０ａ〜６０ｆ、６０ｇ〜６０ｉを形成し、該突出部６０ａ〜６０ｆ、６０ｇ〜６０ｉに沿って可動鉄心５８を摺動させることにより、可動鉄心５８とボビン５４との接触面積が従来技術に係る電磁弁と比較して小さくなるため、前記可動鉄心５８の摺動抵抗を低減することができる。その結果、可動鉄心５８をより一層円滑に変位させることができ、電磁弁１０の応答速度を向上させることができる。
【００３９】
また、突出部６０ａ〜６０ｆ、６０ｇ〜６０ｉを設けることにより可動鉄心５８とボビン５４との接触面積が従来技術に係る電磁弁と比較して低減するため、可動鉄心５８とボビン５４との摺動時における接触作用下に発生する磨耗を低減することができる。その結果、例えば、樹脂製材料によって形成されたボビン５４の耐久性を向上できるとともに、メンテナンスサイクルを長期化することができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００４１】
すなわち、ボビンの孔部の内周面に可動鉄心側に突出し且つ軸線方向に沿って延在し、該可動鉄心に面接触する突出部を設け、ソレノイドの励磁作用下に前記可動鉄心を前記突出部の平面上に沿って軸線方向へと案内して摺動変位させることにより、前記可動鉄心とボビンとの摺動抵抗を低減することができる。その結果、可動鉄心の応答速度を向上させることができるとともに、前記孔部が断面非真円形状に形成された場合でも前記可動鉄心とボビンとの摺動部分における偏摩耗を抑制できるため耐久性を向上させることができる。また、可動鉄心とアーム部を介して連結された弁体を突出部による案内作用下に円滑に変位させることができ、該可動鉄心の吸引作用下にバルブボディに形成された一組の弁座部の連通状態と非連通状態との切り換えを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る電磁弁の弁閉時における縦断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った横断面図である。
【図３】図１において、可動鉄心および固定鉄心を取り除いてコイルの孔部に形成された突出部を示す縦断面斜視説明図である。
【図４】図３の突出部の変形例を示す縦断面斜視説明図である。
【図５】図１のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る電磁弁の弁開時における縦断面図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った縦断面図である。
【符号の説明】
１０…電磁弁１２…第１ポート
１４…第２ポート１６…第３ポート
１８…バルブボディ２０…ボンネット
２２…ソレノイド部２４…弁機構部
２６…室２８…弁座部
３０…通路３２…ガイド部材
３４…第１シール部材３６…凸部
３８…第１連通路４０…第２連通路
４２…凹部４４…フランジ部
４６…ガスケット５０ａ、５０ｂ…リード線
５２…コイル５４…ボビン
５５…孔部５６…固定鉄心
５８…可動鉄心６０ａ〜６０ｆ、６０ｇ〜６０ｉ…突出部
６２…リング体６４…第２シール部材
６６…孔部６８…第３シール部材
７０…弁体７２…弾性部材
７４…ばね部材７６…係合爪部
７８…係合溝８０…装着孔

Claims

ソレノイドの励磁作用下に可動鉄心を吸引し、該可動鉄心の変位作用下に弁体を変位させる電磁弁において、
複数のポートと、該複数のポートと連通し前記弁体が着座する一組の弁座部とを有するバルブボディと、
前記一組の弁座部に着座する弾性部を有し、前記可動鉄心に対して所定間隔離間した連結部と、該連結部の端部から前記可動鉄心側に向かって延在する一組のアーム部と、前記アーム部の端部に形成され、前記可動鉄心の側面に形成された係合溝に嵌着される係合爪とを有する弁体と、
前記バルブボディの端部に配設され、コイルが巻回されると共に断面非真円形状の孔部を有する中空状のボビンと、
前記ボビンの孔部に対応して断面非真円形状に形成され、前記孔部に沿って変位自在に設けられる可動鉄心と、
前記可動鉄心の軸線方向に沿って形成され、且つ、前記ボビンの孔部の内周面に前記可動鉄心側に向かって突出し、前記可動鉄心の外壁面に当接して前記可動鉄心の軸線方向に沿って案内する突出部と、
を備え、
前記可動鉄心が、前記突出部の平面上に沿って摺動しながら前記孔部内を変位することにより、前記アーム部を介して前記可動鉄心に連結された弁体が一体的に変位すると共に、前記弁体が前記弁座部に着座・離間することにより、前記複数のポート間の流体の連通状態と非連通状態とを相互に切り換えることを特徴とする電磁弁。